專利名稱：一種用于光固化快速成形設(shè)備的紫外led聚焦裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于光固化快速成形設(shè)備的紫外LED聚焦裝置，可以應(yīng)用于機械、儀器儀表、計算機、汽車、航空航天、建筑、醫(yī)療工程領(lǐng)域的原型件的快速制造。
背景技術(shù)：
光固化(StereoLithography，SL)快速成形技術(shù)(Rapid Prototyping，RP)是目前世界上研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種快速成形方法。以光敏樹脂為成形材料，用紫外光或其它光源照射，引發(fā)光化學反應(yīng)，使被曝光的液態(tài)光敏樹脂固化成形，通過一層層固化疊加成形制作出原型件。目前，國內(nèi)外均有不少公司和大學正在研究SL方法。
目前，SL成形機上大多以半導體泵浦固體紫外激光器發(fā)出的激光作為能源進行樹脂材料的光固化成形。激光具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性等優(yōu)點，是進行材料加工的理想光源。由于激光系統(tǒng)(包括激光器、冷卻器、電源和外光路)的價格及維護費用昂貴，增加了快速成形機的制造成本和使用成本。
目前已有紫外燈等低廉能源代替昂貴激光器的快速成形系統(tǒng)，中國發(fā)明專利CN 1086978C，公開了一種“非激光光源線掃描光固化成型方法及裝置”該專利以紫外燈為光源，利用光導纖維輸出光能。但由于紫外燈的使用壽命短，熱效應(yīng)對成形材料影響大、光能量損耗大等缺點，以紫外燈為光源進行光固化快速成形加工的性價比相對較低。另外，紫外燈發(fā)出的光除了紫外波長的光線外，還混有其它波長的光線，使得聚焦光斑很難達到0.5mm以下，以紫外燈為光源進行光固化加工，成型件的精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于光固化快速成形設(shè)備的紫外LED聚焦裝置，該裝置成本更低，精度更高。
本發(fā)明提供的一種用于光固化快速成形設(shè)備的紫外LED聚焦裝置，其特征在于該裝置包括位于同一光路上的紫外LED和聚焦系統(tǒng)，紫外LED位于致冷片上，紫外LED發(fā)出的光線經(jīng)過聚焦系統(tǒng)聚焦，聚焦形成的光斑直徑D≤0.3mm。
上述聚焦系統(tǒng)可以為非球面聚焦透鏡、球面聚焦透鏡或自聚焦透鏡，其光學數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6，工作面上聚焦光斑直徑D≤0.3mm。
本實用新型以紫外發(fā)光二極管(UV LED)為光源的新型低成本光源及其光學裝置，在滿足一定精度要求的前提下，可大幅度降低光固化快速成形機的制造成本和使用成本。具體而言，本實用新型具有以下特點1、以紫外發(fā)光二極管替代半導體泵浦固體紫外激光器，從而使快速成形裝備的制造成本和使用成本大幅度降低。
2、以紫外發(fā)光二極管替代紫外燈，降低熱效應(yīng)對材料的影響。
3、以紫外發(fā)光二極管替代紫外燈，延長了連續(xù)點燃的壽命。
4、光學系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA≥0.5。
5、工作面上聚焦光斑直徑D≤0.3mm。
6、采用自動調(diào)焦裝置，根據(jù)制件工藝要求，自動調(diào)整工作臺上聚焦光斑直徑大小，提高制件制作效率。


圖1是本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型采用非球面透鏡聚焦示意圖。
圖3是本實用新型采用球面透鏡組聚焦示意圖。
圖4是本實用新型采用自聚焦透鏡聚焦示意圖。
圖5是采用本實用新型裝置的光固化快速成形設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
如圖1所示，本實用新型紫外LED聚焦裝置4包括位于同一光路上的紫外發(fā)光二極管(LED)1和聚焦系統(tǒng)3，為減少溫度對波長的影響，紫外LED1附在致冷片2上。紫外LED1發(fā)出的光線經(jīng)過聚焦系統(tǒng)3聚焦后，形成直徑D≤0.3mm的光斑5。
如圖2所示，聚焦系統(tǒng)3由兩片處于同光軸的非球面聚焦透鏡6和6’構(gòu)成，光學數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6。紫外發(fā)光二極管(LED)1發(fā)出的光線經(jīng)倒置的非球面聚焦透鏡6擴束成平行光，再經(jīng)非球面聚焦透鏡6’聚焦成直徑D≤0.3mm的光斑5。
如圖3所示，聚焦系統(tǒng)3由兩套處于同光軸的球面聚焦透鏡組7和7’構(gòu)成，光學數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6。紫外發(fā)光二極管(LED)1發(fā)出的光線經(jīng)倒置的球面聚焦透鏡組7擴束成平行光，再經(jīng)球面聚焦透鏡組7’聚焦成直徑D≤0.3mm的光斑5。
如圖4所示，聚焦系統(tǒng)3由兩片處于同光軸的自聚焦透鏡8和8’構(gòu)成，光學數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6。紫外發(fā)光二極管(LED)1發(fā)出的光線經(jīng)倒置的自聚焦透鏡8擴束成平行光，再經(jīng)自聚焦透鏡8’聚焦成直徑D≤0.3mm的光斑5。
如圖5所示，本實用新型紫外LED聚焦裝置4位于二維掃描裝置9上，在二維掃描裝置9的帶動下，紫外LED聚焦裝置4發(fā)出的光聚焦于液槽10的工作面11上，對工作面11上光敏樹脂進行掃描，通過層層固化，最終完成制件12的固化成形。
實例紫外發(fā)光二極管(LED)1，波長＝365nm，功率≥100mW。
聚焦系統(tǒng)3采用非球面聚焦系統(tǒng)進行光學聚焦，非球面聚焦透鏡6的孔徑＝25mm，焦距＝35mm，非球面聚焦透鏡6’的孔徑＝25mm，焦距＝25mm。該系統(tǒng)光學數(shù)值孔徑NA為0.5，工作面上聚焦光斑直徑D≤0.3mm。
權(quán)利要求1.一種用于光固化快速成形設(shè)備的紫外LED聚焦裝置，其特征在于該裝置包括位于同一光路上的紫外LED(1)和聚焦系統(tǒng)(3)，紫外LED(1)位于致冷片(2)上，紫外LED(1)發(fā)出的光線經(jīng)過聚焦系統(tǒng)(3)，聚焦形成的光斑直徑D≤0.3mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于聚焦系統(tǒng)(3)由兩片處于同光軸的非球面聚焦透鏡(6)和(6′)構(gòu)成，其光學數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6，紫外發(fā)光二極管(1)發(fā)出的光線經(jīng)倒置的非球面聚焦透鏡(6)擴束成平行光，再經(jīng)非球面聚焦透鏡(6′)聚焦成直徑D≤0.3mm的光斑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于聚焦系統(tǒng)(3)由兩套處于同光軸的球面聚焦透鏡組(7)和(7′)構(gòu)成，其光學數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6，紫外發(fā)光二極管(1)發(fā)出的光線經(jīng)倒置的球面聚焦透鏡組(7)擴束成平行光，再經(jīng)球面聚焦透鏡組(7′)聚焦成直徑D≤0.3mm的光斑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于聚焦系統(tǒng)(3)由兩片處于同光軸的自聚焦透鏡(8)和(8′)構(gòu)成，其光學數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6，紫外發(fā)光二極管(LED)1發(fā)出的光線經(jīng)倒置的自聚焦透鏡(8)擴束成平行光，再經(jīng)自聚焦透鏡(8′)聚焦成直徑D≤0.3mm的光斑。
專利摘要本實用新型公開了一種用于光固化快速成形設(shè)備的紫外LED聚焦裝置，該裝置包括位于同一光路上的紫外LED和聚焦系統(tǒng)，紫外LED位于致冷片上，紫外LED發(fā)出的光線經(jīng)過聚焦系統(tǒng)聚焦，聚焦形成的光斑直徑D≤0.3mm。上述聚焦系統(tǒng)為非球面聚焦透鏡、球面聚焦透鏡或自聚焦透鏡，其光學數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6，工作面上聚焦光斑直徑D≤0.3mm。本實用新型以紫外發(fā)光二極管替代紫外燈，降低熱效應(yīng)對材料的影響，延長了連續(xù)點燃的壽命，可大幅度降低光固化快速成形機的制造成本和使用成本。
文檔編號B29C67/00GK2924566SQ20062009819
公開日2007年7月18日 申請日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者謝軍, 游立德, 莫健華, 黃樹槐 申請人:華中科技大學